KR20210110970A - battery balancing circuit - Google Patents

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KR20210110970A
KR20210110970A KR1020200025901A KR20200025901A KR20210110970A KR 20210110970 A KR20210110970 A KR 20210110970A KR 1020200025901 A KR1020200025901 A KR 1020200025901A KR 20200025901 A KR20200025901 A KR 20200025901A KR 20210110970 A KR20210110970 A KR 20210110970A
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KR1020200025901A
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한승훈
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한화디펜스 주식회사
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a battery balancing circuit comprises: a battery pack provided with a plurality of battery cells connected in series; a converter unit accumulating electric energy transferred from the plurality of battery cells to supply the electric energy to at least one of the plurality of battery cells; a switch unit selectively determining electric energy transmission between the converter unit and the battery pack; and a control unit detecting a voltage of the plurality of battery cells to control the switch unit so that the converter unit supplies the electric energy to at least one of the plurality of battery cells.

Description

배터리 밸런싱 회로{battery balancing circuit}battery balancing circuit

본 발명은 배터리 밸런싱 회로에 관한 것으로, 자세하게는 컨버터부를 이용하여 배터리 밸런싱 동작을 수행할 수 있는 배터리 밸런싱 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a battery balancing circuit, and more particularly, to a battery balancing circuit capable of performing a battery balancing operation using a converter unit.

일반적으로, 배터리셀의 양단 전압이 한계 상한전압을 넘을 경우 폭발의 위험이 있고, 한계 하한 전합 이하로 떨어질 경우에는 배터리셀에 영구적인 손상이 가해지게 된다. 하이브리드 전지자동차나 노트북 컴퓨터 등은 비교적 대용량의 전원공급이 요구되므로 배터리셀을 이용하여 전운을 공급하고자 하는 경우, 배터리셀을 직렬로 연결한 배터리 팩을 사용한다.In general, when the voltage across the battery cell exceeds the upper limit voltage, there is a risk of explosion, and when the voltage at both ends of the battery cell exceeds the lower limit voltage, permanent damage is applied to the battery cell. Since hybrid battery vehicles and notebook computers require relatively large-capacity power supply, a battery pack in which battery cells are connected in series is used to supply electricity using battery cells.

그런데 이와 같은 배터리 팩을 사용하는 경우 각 배터리셀의 성능편차에 의하여 전압의 불균형이 발생될 수 있다.However, when such a battery pack is used, an imbalance in voltage may occur due to a performance deviation of each battery cell.

배터리 팩 충전 시 배터리 팩 내에서 하나의 배터리셀이 다른 배터리셀들에 비하여 먼저 상한 전압에 도달할 경우 더 이상 배터리 팩을 충전할 수 없게 되므로 다른 배터리셀들이 충분히 충전되지 않은 상태에서 충전을 종료하여야 한다.When charging a battery pack, if one battery cell in the battery pack reaches the upper limit voltage earlier than other battery cells, the battery pack cannot be charged anymore. do.

이와 같은 경우 배터리 팩의 충전용량이 정격 충전용량에 못하게 된다.In this case, the charging capacity of the battery pack does not reach the rated charging capacity.

한편, 배터리 팩 방전 시에는 배터리 팩 내에서 하나의 배터리셀이 다른 배터리셀들에 비하여 먼저 하한 전압에 도달할 경우 더 이상 배터리 팩을 사용할 수 있게 되므로 그만큼 배터리 팩의 사용시간이 단축된다.Meanwhile, when the battery pack is discharged, if one battery cell in the battery pack reaches the lower limit voltage first compared to the other battery cells, the battery pack can no longer be used, thereby shortening the use time of the battery pack.

상기와 같이 배터리 팩의 충전 또는 방전 시 보다 높은 전기 에너지를 갖는 배터리셀의 전기 에너지를 보다 낮은 전기 에너지를 갖는 배터리셀로 공급해 줌으로써 배터리 팩의 사용시간을 향상시킬 수 있는데, 이와 같은 동작을 배터리 밸런싱이라고 부른다.As described above, when the battery pack is charged or discharged, the use time of the battery pack can be improved by supplying the electric energy of the battery cell having a higher electric energy to the battery cell having a lower electric energy. it is called

다만, 종래 기술에는 병렬저항을 이용한 배터리 밸런싱 회로로서 직렬 연결된 배터리셀을 구비한 배터리팩과 복수의 저항을 통해 방전함에 따라 배터리 밸런싱이 이루어졌다.However, in the prior art, as a battery balancing circuit using parallel resistors, battery balancing was performed by discharging through a battery pack having battery cells connected in series and a plurality of resistors.

그러나 이와 같은 배터리 밸런싱 회로를 이용하는 경우, 저항을 통해 전력이 소모되므로 그만큼 효율이 저하되고, 배터리 팩 사용 중에 상한전압을 전압이 낮은 배터리로 공급할 수 없어 효율이 저하될 수 있다.However, in the case of using such a battery balancing circuit, power is consumed through the resistor, so that the efficiency is lowered, and the upper limit voltage cannot be supplied to the battery having a low voltage while the battery pack is in use, so the efficiency may be lowered.

이에 따라 새로운 배터리 밸런싱 회로가 요구되고 있다.Accordingly, a new battery balancing circuit is required.

미국 공개특허공보 US2019-0097434US Patent Publication US2019-0097434

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 컨버터 동작 및 스위칭 동작을 제어하여 배터리 밸런싱이 이루어지도록 하는데 있다.An object of the present invention is to control a converter operation and a switching operation to achieve battery balancing.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 밸런싱 회로는 직렬로 연결된 복수의 배터리셀을 구비하는 배터리 팩, 상기 복수의 배터리셀 중 적어도 하나에서 전달된 전기에너지을 축적하여 상기 복수의 배터리셀 중 적어도 한 곳에 상기 전기에너지을 공급하는 컨버터부, 상기 컨버터부와 상기 배터리 팩 간의 전기에너지 전송을 선택적으로 결정하는 스위치부, 상기 전기에너지를 상기 컨버터부에서 상기 복수의 배터리셀 중 적어도 한 곳에 전달하도록, 상기 복수의 배터리셀의 전압을 검출하여 상기 스위치부를 제어하여 제어부를 포함할 수 있다.The battery balancing circuit according to an embodiment of the present invention is a battery pack having a plurality of battery cells connected in series, and accumulating electric energy transferred from at least one of the plurality of battery cells to place the electricity in at least one of the plurality of battery cells. A converter unit for supplying energy, a switch unit for selectively determining electric energy transfer between the converter unit and the battery pack, and the plurality of battery cells to transfer the electric energy from the converter unit to at least one of the plurality of battery cells It may include a controller by detecting the voltage of the control unit to control the switch.

상기 복수의 배터리셀은 미리 설정된 전압보다 높은 전압으로 형성된 스트롱 배터리셀 및 상기 미리 설정된 전압보다 낮은 전압으로 형성된 위크 배터리셀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The plurality of battery cells may include at least one of a strong battery cell formed with a voltage higher than the preset voltage and a weak battery cell formed with a voltage lower than the preset voltage.

상기 제어부는 상기 스위치부를 제어하여 상기 스트롱 배터리셀의 전기에너지를 상기 컨버터로 전달하여 상기 컨버터에 축적시키고, 상기 커버터에 전기에너지 축적이 완료될 경우, 상기 제어부는 스위치부를 제어하여 상기 축적된 컨버터의 전기에너지를 상기 배터리팩으로 전송할 수 있다.The control unit controls the switch unit to transfer the electrical energy of the strong battery cell to the converter and accumulates it in the converter. When the electrical energy accumulation in the coverter is completed, the control unit controls the switch unit to control the stored converter. of electrical energy may be transmitted to the battery pack.

상기 제어부는 상기 스위치부를 제어하여 상기 배터리 팩의 전기에너지를 상기 컨버터부로 전달하여 상기 컨버터부에 축적시키고, 상기 컨버터부에 전기에너지 축적이 완료될 경우, 상기 제어부는 상기 스위치부를 제어하여 상기 컨버터의 전기에너지를 상기 위크 배터리셀로 전송할 수 있다.The control unit controls the switch unit to transfer the electrical energy of the battery pack to the converter unit and accumulates it in the converter unit, and when the electrical energy accumulation is completed in the converter unit, the control unit controls the switch unit to control the converter. Electrical energy may be transmitted to the weak battery cell.

상기 제어부는 상기 스위치부를 제어하여 상기 스트롱 배터리셀의 전기에너지를 상기 컨버터로 전달하여 상기 컨버터에 축적시키고, 상기 커버터에 전기에너지 축적이 완료될 경우, 상기 제어부는 상기 스위치부를 제어하여 컨버터의 전기에너지를 상기 위크 배터리셀로 전송할 수 있다.The control unit controls the switch unit to transfer the electrical energy of the strong battery cell to the converter and accumulates it in the converter, and when the electrical energy accumulation in the coverter is completed, the control unit controls the switch unit to control the electrical energy of the converter. Energy can be transferred to the weak battery cell.

상기 컨버터와 상기 배터리 팩을 연결하는 연결선을 포함하고, 상기 스위치부는 상기 복수의 배터리셀 각각의 일측 단자와 제1 노드에 연결되는 복수의 제1 스위치부 및 상기 복수의 배터리셀 각각의 타측 단자와 제2 노드에 연결되는 복수의 제2 스위치부를 포함하고, 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드는 상기 컨버터에 연결될 수 있다.and a connecting line connecting the converter and the battery pack, wherein the switch unit includes a plurality of first switch units connected to one terminal of each of the plurality of battery cells and a first node and the other terminal of each of the plurality of battery cells; and a plurality of second switch units connected to a second node, wherein the first node and the second node are connected to the converter.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 밸런싱 회로는 스트롱 셀 또는 위크 셀을 커버터에 연결함에 따라 배터리의 전력을 소모하지 않고 효율적으로 배터리 밸런싱을 수행할 수 있다.The battery balancing circuit according to an embodiment of the present invention can efficiently perform battery balancing without consuming battery power by connecting the strong cell or the weak cell to the adapter.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 밸런싱 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 밸런싱 회로의 셀 투 팩(Cell to pack)동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 밸런싱 회로의 팩 투 세(pack to cell)동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 밸런싱 회로의 셀 투 셀(Cell to cell)동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 밸런싱 회로의 복수의 제1 스위치부 및 복수의 제2 스위치부를 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a battery balancing circuit according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically illustrating a cell-to-pack operation of a battery balancing circuit according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically illustrating a pack to cell operation of a battery balancing circuit according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram schematically illustrating a cell-to-cell operation of a battery balancing circuit according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a plurality of first switch units and a plurality of second switch units of a battery balancing circuit according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and a method for achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

따라서, 몇몇 실시 예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.Accordingly, in some embodiments, well-known process steps, well-known structures, and well-known techniques have not been specifically described in order to avoid obscuring the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계 및/또는 동작 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 베제하지 않는 의미로 사용한다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. As used herein, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, includes and/or comprising means not excluding the presence or addition of one or more other components, steps and/or actions other than the stated components, steps and/or actions. use it as And, “and/or” includes each and every combination of one or more of the recited items.

또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 사시도, 단면도, 측면도 및/또는 개략도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함되는 것이다. 또한, 본 발명의 실시 예에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다.Further, the embodiments described herein will be described with reference to perspective, cross-sectional, side view and/or schematic views that are ideal illustrative views of the present invention. Accordingly, the form of the illustrative drawing may be modified due to manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include changes in the form generated according to the manufacturing process. In addition, in each drawing shown in the embodiment of the present invention, each component may be illustrated in a somewhat enlarged or reduced manner in consideration of convenience of description.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 밸런싱 회로에 대하여 설명하도록 하겠다.Hereinafter, a battery balancing circuit according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 밸런싱 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a battery balancing circuit according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고해보면 본 발명의 실시예에 따른 배터리 밸러싱 회로는 배터리 팩(10), 컨버터부(300), 스위치부(100), 제어부(400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a battery balancing circuit according to an embodiment of the present invention may include a battery pack 10 , a converter unit 300 , a switch unit 100 , and a control unit 400 .

배터리 팩(10)은 직렬 연결된 복수의 배터리셀을 구비하여 외부로부터 공급되는 전기 에너지를 저장한다. 배터리셀의 성능 편차에 의해 전압 불균형이 발생될 수 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 밸런싱 회로에 의하여 이 불균형이 해소될 수 있다. 이에 따라 복수의 배터리셀은 다른 배터리셀에 비해 높은 전압으로 형성된 높은 스트롱 셀과 다른 배터리셀보다 낮은 전압으로 형성된 위크 셀 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고, 스트롱 셀은 미리 설정된 전압보다 높은 전압으로 형성된 배터리셀로 형성될 수 있으며, 위크 셀은 미리 설정된 전압보다 낮은 전압으로 형성된 배터리셀 형성될 수 있다.The battery pack 10 includes a plurality of battery cells connected in series to store electrical energy supplied from the outside. A voltage imbalance may occur due to a performance deviation of a battery cell, but this imbalance may be resolved by the battery balancing circuit according to an embodiment of the present invention. Accordingly, the plurality of battery cells may include at least one of a high strong cell formed with a higher voltage than other battery cells and a weak cell formed with a lower voltage than other battery cells. However, the present invention is not limited thereto, and the strong cell may be formed of a battery cell formed with a voltage higher than a preset voltage, and the weak cell may be formed of a battery cell formed with a voltage lower than the preset voltage.

한편, 복수의 배터리셀은 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 배터리셀(B1), 제2 배터리셀(B2) 및 제3 배터리셀(B3)을 포함할 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 1 , the plurality of battery cells may include a first battery cell B1 , a second battery cell B2 , and a third battery cell B3 .

컨버터부(300)는 배터리 팩에 대한 배터리 밸런싱을 위해 배터리 팩(10)으로부터 전송된 전기에너지를 일시적으로 축적하였다가 방출하는 역할을 한다. 이를 위해 서로 대향되게 권취된 복수의 권선을 포함할 수 있다.The converter unit 300 temporarily accumulates and discharges electric energy transmitted from the battery pack 10 for balancing the battery with respect to the battery pack. For this purpose, it may include a plurality of windings wound to face each other.

스위치부(100)는 컨버터부(300)와 배터리 팩(10) 사이에 구비되어 컨버터부(300)와 배터리팩(10) 간의 전기에너지 전송을 선택적으로 결정하는 역할을 한다.The switch unit 100 is provided between the converter unit 300 and the battery pack 10 to selectively determine the electrical energy transmission between the converter unit 300 and the battery pack 10 .

결국, 스위치부(100)는 복수의 배터리셀 중 적어도 하나와 컨버터부(300)를전기적으로 연결하여 전기에너지를 컨버터부(300)로 전송하게 하거나, 컨버터부(300)의 전기에너지를 복수의 배터리셀 중 적어도 하나로 전송하도록 컨버터부(300)와 복수의 배터리셀 중 적어도 하나를 전기적으로 연결할 수 있다. As a result, the switch unit 100 electrically connects at least one of the plurality of battery cells and the converter unit 300 to transmit electrical energy to the converter unit 300 , or converts the electrical energy of the converter unit 300 to a plurality of The converter unit 300 and at least one of the plurality of battery cells may be electrically connected to transmit to at least one of the battery cells.

예를 들어, 스위치부(100) 동작에 따라 배터리팩(10)에서 컨버터부(300)로 에너지가 전송될 수 있고, 컨버터부(300)에서 배터리팩(10)으로 전기에너지가 전송될 수 있고, 복수의 배터리셀 중 어느 하나의 배터리셀에서 컨버터부(300)로 전기에너지가 전송될 수 있고, 컨버터부(300)에서 복수의 배터리셀 중 어느 하나의 배터리셀로 전기에너지가 전송될 수 있다.For example, according to the operation of the switch unit 100 , energy may be transmitted from the battery pack 10 to the converter unit 300 , and electrical energy may be transmitted from the converter unit 300 to the battery pack 10 , , electrical energy may be transmitted from any one of the plurality of battery cells to the converter unit 300 , and the electrical energy may be transmitted from the converter unit 300 to any one of the plurality of battery cells. .

제어부(400)는 전기에너지를 컨버터부(300)에서 복수의 배터리셀 중 적어도 한 곳에 전달하도록 복수의 배터리셀의 전압을 검출하여 스위치부(100)를 제어하는 역할을 한다. 이에 따라 제어부(400)는 스트롱 셀 및 위크 셀 중 적어도 하나를 검출하고, 스위치부(100)를 제어하여 전기에너지의 전송함에 따라 배터리 밸런싱을 효율적으로 수행할 수 있다. The control unit 400 serves to control the switch unit 100 by detecting voltages of the plurality of battery cells so as to transmit electrical energy from the converter unit 300 to at least one of the plurality of battery cells. Accordingly, the control unit 400 detects at least one of the strong cell and the weak cell, and controls the switch unit 100 to transmit electrical energy, thereby efficiently balancing the battery.

또한, 컨버터부(300)에 축적된 전기에너지를 탐지할 수 있으며, 탐지된 전기에너지를 통해 상기 컨버터의 전기에너지 축전 완료 여부를 판단할 수 있다.In addition, it is possible to detect the electrical energy accumulated in the converter unit 300 , and it is possible to determine whether the electrical energy storage of the converter is completed through the detected electrical energy.

즉, 본 발명은 컨버터부(300)를 통해 배터리 밸런싱을 수행함에 따라 전기에너지 손실 없이 효율적으로 배터리 밸런싱을 수행할 수 있다.That is, according to the present invention, as battery balancing is performed through the converter unit 300 , battery balancing can be efficiently performed without loss of electrical energy.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 제어부(400)의 제어에 따른 배터리 밸런싱 과정을 자세히 설명하도록 하겠다.Hereinafter, a battery balancing process under the control of the controller 400 according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 밸런싱 회로의 셀 투 팩(Cell to pack)동작을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 밸런싱 회로의 팩 투 세(pack to cell)동작을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 밸런싱 회로의 셀 투 셀(Cell to cell)동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a diagram schematically illustrating a cell to pack operation of a battery balancing circuit according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a pack to three (pack to pack) operation of a battery balancing circuit according to an embodiment of the present invention. cell) is a diagram schematically illustrating the operation, and FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the cell-to-cell operation of the battery balancing circuit according to an embodiment of the present invention.

제어부(400)는 전술한 바와 같이, 복수의 배터리셀 각각의 전압을 검출하고 검출된 전압 값에 따라 스위치부(100)를 제어하여 배터리 밸런싱을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제어부(400)는 검출된 복수의 배터리셀의 전압을 통해 셀 투 팩(Cell to pack)동작 모드, 팩 투 세(pack to cell)동작 모드, 셀 투 셀(Cell to cell)동작 모드를 수행할 수 있다.As described above, the controller 400 may perform battery balancing by detecting a voltage of each of the plurality of battery cells and controlling the switch unit 100 according to the detected voltage value. Accordingly, the controller 400 controls the cell-to-pack operation mode, the pack-to-cell operation mode, and the cell-to-cell operation mode through the detected voltages of the plurality of battery cells. can be performed.

셀 투 팩(Cell to pack)동작 모드는 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 배터리셀의 전기에너지를 컨버터부(300)로 전송하여 축적시킨 후, 컨버터부(300)의 전기에너지를 다시 배터리 팩(10)으로 전송하는 모드이다. 도 2에 도시된 화살표는 전기에너지 전달 방향을 나타낸다.In the cell-to-pack operation mode, as shown in FIG. 2 , the electric energy of one battery cell is transferred to the converter unit 300 and accumulated, and then the electric energy of the converter unit 300 is transferred back to the battery pack. (10) is the transmission mode. The arrows shown in FIG. 2 indicate the electric energy transfer direction.

구체적으로, 제어부(400)는 복수의 배터리셀 전압을 검출하여 스트롱 셀을 선택하고, 스트롱 셀의 전기에너지를 컨버터부(300)로 전달하기 위하여 스위치부(100)를 제어할 수 있다. 이후, 컨버터부(300)에 전기에너지 축적이 완료될 경우, 제어부(400)는 스위치부(100)를 제어하여 축적된 컨버터부(300)의 전기에너지를 배터리 팩(10)으로 전달할 수 있다.Specifically, the control unit 400 may control the switch unit 100 to detect a plurality of battery cell voltages to select a strong cell, and to transfer electrical energy of the strong cell to the converter unit 300 . Thereafter, when the accumulation of electrical energy in the converter unit 300 is completed, the controller 400 may control the switch unit 100 to transfer the accumulated electric energy of the converter unit 300 to the battery pack 10 .

즉, 셀 투 팩(Cell to pack)동작 모드는 높은 전압으로 형성된 배터리셀의 전기에너지를 배터리팩(10)에 전달함에 따라 배터리 밸러싱을 수행하는 모드이다.That is, the cell-to-pack operation mode is a mode in which battery balancing is performed by transferring the electric energy of the battery cells formed at a high voltage to the battery pack 10 .

팩 투 세(pack to cell)동작 모드는 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(10)의 전기에너지를 컨버터부(300)로 전달하여 컨버터부(300)에 축적시킨 후, 컨버터부(300)의 전기에너지를 다시 복수의 배터리셀 중 어느 하나로 전송하는 모드이다. 도 3에 도시된 화살표는 전기에너지 전달 방향을 나타낸다.In the pack to cell operation mode, as shown in FIG. 3 , the electric energy of the battery pack 10 is transferred to the converter unit 300 and accumulated in the converter unit 300 , and then the converter unit 300 . ) of the electric energy is transferred back to any one of a plurality of battery cells. The arrows shown in FIG. 3 indicate the electric energy transfer direction.

구체적으로, 제어부(400)는 복수의 배터리셀 전압을 검출하여 위크 셀을 선택하고, 스위치부(100)를 제어하여 배터리 팩(10)의 전기에너지를 컨버터부(300)로 전달하여 컨버터부(300)에 축적시킬 수 있다, 이후, 컨버터부(300)에 전기에너지 축적이 완료될 경우, 제어부(400)는 다시 스위치부(100)를 제어하여 컨버터부(300)의 전기에너지를 앞서 선택된 위크 셀로 전송할 수 있다.Specifically, the control unit 400 detects a plurality of battery cell voltages to select a weak cell, and controls the switch unit 100 to transfer the electrical energy of the battery pack 10 to the converter unit 300 to the converter unit ( 300), and then, when the accumulation of electrical energy in the converter unit 300 is completed, the control unit 400 controls the switch unit 100 again to change the electrical energy of the converter unit 300 to the previously selected wick. can be transmitted to the cell.

즉, 팩 투 세(pack to cell)동작 모드는 컨버터부(300)의 전기에너지를 회수하여 전압이 낮은 배터리셀에 전달함에 따라 배터리 밸러싱을 수행하는 모드이다. That is, the pack to cell operation mode is a mode in which the electric energy of the converter unit 300 is recovered and transferred to a battery cell having a low voltage to perform battery balancing.

셀 투 셀(Cell to cell)동작 모드는 도 4에 도시된 바와 같이 배터리셀의 전기에너지를 컨버터부(300)로 전달하여 컨버터부(300)에 축적시킨 후, 컨버터부(300)의 전기에너지를 다른 배터리셀로 전송하는 모드이다. 도 4에 도시된 화살표는 전기에너지 전달 방향을 나타낸다.In the cell-to-cell operation mode, as shown in FIG. 4 , the electric energy of the battery cell is transferred to the converter unit 300 and accumulated in the converter unit 300 , and then the electrical energy of the converter unit 300 is transferred to the converter unit 300 . It is a mode to transmit to another battery cell. The arrows shown in FIG. 4 indicate the electric energy transfer direction.

구체적으로, 제어부(400)는 복수의 배터리셀 전압을 검출하여 스트롱 셀과 위크 셀을 선택하고, 스위치부(100)를 제어하여 스트롱 셀의 전기에너지를 컨버터부(300)로 전달하여 컨버터부(300)에 축적시킬 수 있다. 이후, 컨버터부(300)에 전기에너지 축적이 완료될 경우, 제어부(400)는 다시 스위치부(100)를 제어하여 컨버터부(300)의 전기에너지를 위크 셀로 전송할 수 있다.Specifically, the control unit 400 detects a plurality of battery cell voltages to select a strong cell and a weak cell, and controls the switch unit 100 to transfer the electrical energy of the strong cell to the converter unit 300 to the converter unit ( 300) can be accumulated. Thereafter, when the accumulation of electrical energy in the converter unit 300 is completed, the controller 400 may control the switch unit 100 again to transmit the electrical energy of the converter unit 300 to the weak cell.

즉, 셀 투 셀(Cell to cell)동작 모드는 전압이 높은 배터리셀의 전기에너지를 전압이 낮은 배터리셀로 전송함에 따라 배터리 밸러싱을 수행하는 모드이다.That is, the cell-to-cell operation mode is a mode in which battery balancing is performed by transferring electric energy of a battery cell having a high voltage to a battery cell having a low voltage.

이에 따라, 본 발명의 배터리 밸런싱 회로는 컨버터부(300)와 스위치부(100)를 통해 스트롱 셀의 전기에너지를 컨버터부(300)로 전송하고, 위크 셀이 전기에너지를 컨버터부(300)에서 회수함에 따라, 복수의 배터리 간의 전압불균형을 해결할 수 있고, 전기에너지 소모 없이 효율적으로 배터리 밸러싱을 수행할 수 있다.Accordingly, the battery balancing circuit of the present invention transmits the electric energy of the strong cell to the converter unit 300 through the converter unit 300 and the switch unit 100 , and the weak cell transfers the electric energy from the converter unit 300 . According to the recovery, it is possible to solve the voltage imbalance between the plurality of batteries, and it is possible to efficiently perform battery balancing without consumption of electric energy.

이하, 본 발명의 배터리 밸런싱 회로에 대하여 자세히 설명하도록 하겠다.Hereinafter, the battery balancing circuit of the present invention will be described in detail.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 밸런싱 회로의 복수의 제1 스위치부(110) 및 복수의 제2 스위치부(120)를 나타낸 도면이다.5 is a diagram illustrating a plurality of first switch units 110 and a plurality of second switch units 120 of a battery balancing circuit according to an embodiment of the present invention.

한편, 본 발명의 제1 스위치부(110) 및 제2 스위치부(120)는 트랜지스터(MOS FET), BJT(Bipolar Junction Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 중 어느 하나로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, the first switch unit 110 and the second switch unit 120 of the present invention may be formed of any one of a transistor (MOS FET), a bipolar junction transistor (BJT), and an insulated gate bipolar transistor (IGBT), but limited thereto. it's not going to be

도 5를 참고해보면, 복수의 배터리셀은 제1 배터리셀(B1) 제2 배터리셀(B2) 제3 배터리셀(B3)을 포함할 수 있다. 스위치부(100)는 복수의 제1 스위치부(110) 및 복수의 제2 스위치부(120)를 포함할 수 있으며, 컨버터부(300)와 배터리 팩(10)를 전기적으로 연결하는 연결선(L)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the plurality of battery cells may include a first battery cell B1 , a second battery cell B2 , and a third battery cell B3 . The switch unit 100 may include a plurality of first switch units 110 and a plurality of second switch units 120 , and a connection line L for electrically connecting the converter unit 300 and the battery pack 10 . ) may be included.

복수의 제1 스위치부(110)는 복수의 배터리셀 각각의 일차 측 단자와 제1 노드(P1)에 연결되도록 형성될 수 있으며, 복수의 제2 스위치부(120)는 복수의 배터리셀 각각의 타측 단자와 제2 노드(P2)에 연결되도록 형성될 수 있다.The plurality of first switch units 110 may be formed to be connected to the primary terminal and the first node P1 of each of the plurality of battery cells, and the plurality of second switch units 120 may be connected to each of the plurality of battery cells. It may be formed to be connected to the other terminal and the second node P2.

또한, 제1 노드(P1) 및 제2 노드(P2)는 컨버터부(300)에 연결될 수 있다.Also, the first node P1 and the second node P2 may be connected to the converter unit 300 .

더 나아가, 제1 스위치부(100)(110)는 제1 배터리셀(B1)의 일측 단자와 제1 노드(P1) 사이에 위치한 제11 스위치(S1P), 제2 배터리셀(B2)의 일측 단자와 제1 노드(P1) 사이에 위치한 제12 스위치(S2P), 제3 배터리셀(B3)의 일측 단자와 제1 노드(P1) 사이에 위치한 제13 스위치(S3P)를 포함할 수 있다.Furthermore, the first switch unit 100 and 110 includes an eleventh switch S1P positioned between one terminal of the first battery cell B1 and the first node P1, and one side of the second battery cell B2. It may include a twelfth switch S2P positioned between the terminal and the first node P1, and a thirteenth switch S3P positioned between one terminal of the third battery cell B3 and the first node P1.

제2 스위치부(120)는 제1 배터리의 타측 단자와 제2 노드(P2) 사이에 위치한 제21 스위치(S1N), 제2 배터리셀(B2)의 타측 단자와 제2 노드(P2) 사이에 위치한 제22 스위치(S2N), 제3 배터리셀(B3)의 타측 단자와 제2 노드(P2) 사이에 위치한 제23 스위치(S3N)를 포함할 수 있다.The second switch unit 120 is a twenty-first switch S1N located between the other terminal of the first battery and the second node P2, and between the other terminal of the second battery cell B2 and the second node P2. It may include a twenty-second switch S2N positioned therein, and a twenty-third switch S3N positioned between the other terminal of the third battery cell B3 and the second node P2.

이에 따라 제어부(400)는 셀 투 팩(Cell to pack)동작 모드, 팩 투 세(pack to cell)동작 모드, 셀 투 셀(Cell to cell)동작 모드를 수행 시, 복수의 제1 스위치 및 복수의 제2 스위치 중 적어도 하나를 동자시켜 배터리 밸런싱을 수행할 수 있다.Accordingly, when the control unit 400 performs a cell to pack operation mode, a pack to cell operation mode, and a cell to cell operation mode, a plurality of first switches and a plurality of Battery balancing may be performed by operating at least one of the second switches of

구체적으로 제어부(400)에 의해 제1 배터리셀(B1)이 스트롱 셀로 검출될 경우, 제어부(400)는 셀 투 팩 (pack to cell)동작 모드로 제11 스위치(S1P) 및 제21 스위치(S1N)를 온(ON)동작시켜 제1 배터리셀(B1)의 전기에너지를 컨버터부(300)로 전송하여 컨버터부(300)의 전기에너지를 축적시키고, 컨버터부(300)의 전기에너지 축적이 완료될 경우, 제11 스위치(S1P) 및 제21 스위치(S1N)를 오프(OFF)동작시켜 컨버터부(300)의 전기에너지를 연결선(L)을 통해 배터리백으로 전송하여 배터리 밸런싱을 수행할 수 있다.Specifically, when the first battery cell B1 is detected as a strong cell by the controller 400, the controller 400 controls the eleventh switch S1P and the twenty-first switch S1N in a cell-to-cell operation mode. ) is turned ON to transfer the electric energy of the first battery cell B1 to the converter unit 300 to accumulate the electric energy of the converter unit 300 , and the electrical energy accumulation of the converter unit 300 is completed. In this case, the eleventh switch S1P and the twenty-first switch S1N are turned OFF to transmit the electrical energy of the converter unit 300 to the battery bag through the connection line L to perform battery balancing. .

또한, 제어부(400)에 의해 제2 배터리셀(B2)이 위크 셀로 검출될 경우, 제어부(400)는 모든 스위치를 오프(OFF)동작시키고 배터리팩(10)의 전기에너지를 연결선(L)을 통해 컨버터부(300)로 전송시키고, 컨버터부(300)의 전기에너지 축적이 완료될 경우, 제12 스위치(S2P) 및 제22 스위치(S2N)를 온(ON)동작시켜 컨버터부(300)의 전기에너지를 제2 배터리셀(B2)로 전송하여 배터리 밸런싱을 수행할 수 있다.In addition, when the control unit 400 detects that the second battery cell B2 is a weak cell, the control unit 400 turns off all switches and connects the electric energy of the battery pack 10 to the connection line L. through the converter unit 300 , and when the electrical energy accumulation of the converter unit 300 is completed, the twelfth switch S2P and the 22nd switch S2N are turned on to operate the converter unit 300 . Battery balancing may be performed by transmitting electrical energy to the second battery cell B2 .

또한, 제어부(400)에 의해 제1 배터리셀(B1)이 스트롱 셀로 검출되고, 제3 배터리셀(B3)이 위크 셀로 검출될 경우, 셀 투 셀(Cell to cell)동작 모드로 제11 스위치(S1P) 및 제21 스위치(S1N)를 온(ON)동작시켜 제1 배터리셀(B1)의 전기에너지를 컨버터부(300)로 전송시키고, 컨버터부(300)의 전기에너지 축적이 완료될 경우, 제11 스위치(S1P) 및 제21 스위치(S1N)를 오프(OFF)동작시키고, 이후, 제13 스위치(S3P) 및 제23 스위치(S3N)를 온(ON)동작시켜 컨버터부(300)의 전기에너지를 제3 배터리셀(B3)로 전기에너지를 전송하여 배터리 밸런싱을 수행할 수 있다.In addition, when the first battery cell B1 is detected as a strong cell by the controller 400 and the third battery cell B3 is detected as a weak cell, the eleventh switch (Cell to cell) operation mode S1P) and the 21st switch S1N are turned ON to transmit the electrical energy of the first battery cell B1 to the converter unit 300, and when the electrical energy accumulation of the converter unit 300 is completed, The eleventh switch S1P and the twenty-first switch S1N are turned off, and then, the thirteenth switch S3P and the twenty-third switch S3N are turned on to turn on the converter unit 300 . Battery balancing may be performed by transferring the energy to the third battery cell B3 .

이외에도 다이오드, 캐패시터, 저항 등이 배터리팩(10), 스위치부(100), 컨버터부(300)에 포함할 수 있다.In addition, diodes, capacitors, resistors, etc. may be included in the battery pack 10 , the switch unit 100 , and the converter unit 300 .

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

10: 배터리팩
100: 스위치부
110: 제1 스위치부
120: 제2 스위치부
300: 컨버터부
400: 제어부10: battery pack
100: switch unit
110: first switch unit
120: second switch unit
300: converter unit
400: control unit

Claims (6)

직렬로 연결된 복수의 배터리셀을 구비하는 배터리 팩;
상기 복수의 배터리셀 중 적어도 하나에서 전달된 전기에너지을 축적하여 상기 복수의 배터리셀 중 적어도 한 곳에 상기 전기에너지을 공급하는 컨버터부;
상기 컨버터부와 상기 배터리 팩 간의 전기에너지 전송을 선택적으로 결정하는 스위치부; 및
상기 전기에너지를 상기 컨버터부에서 상기 복수의 배터리셀 중 적어도 한 곳에 전달하도록, 상기 복수의 배터리셀의 전압을 검출하여 상기 스위치부를 제어하여 제어부를 포함하는 배터리 밸런싱 회로.a battery pack having a plurality of battery cells connected in series;
a converter unit for accumulating electric energy transferred from at least one of the plurality of battery cells and supplying the electric energy to at least one of the plurality of battery cells;
a switch unit for selectively determining electric energy transmission between the converter unit and the battery pack; and
and a control unit by detecting voltages of the plurality of battery cells and controlling the switch unit so as to transfer the electric energy from the converter unit to at least one of the plurality of battery cells. 제1항에 있어서,
상기 복수의 배터리셀은 미리 설정된 전압보다 높은 전압으로 형성된 스트롱 배터리셀 및 상기 미리 설정된 전압보다 낮은 전압으로 형성된 위크 배터리셀 중 적어도 하나를 포함하는 배터리 밸러싱 회로.According to claim 1,
The plurality of battery cells is a battery balancing circuit comprising at least one of a strong battery cell formed with a voltage higher than the preset voltage and a weak battery cell formed with a voltage lower than the preset voltage. 제2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 스위치부를 제어하여 상기 스트롱 배터리셀의 전기에너지를 상기 컨버터로 전달하여 상기 컨버터에 축적시키고,
상기 커버터에 전기에너지 축적이 완료될 경우, 상기 제어부는 스위치부를 제어하여 상기 축적된 컨버터의 전기에너지를 상기 배터리팩으로 전송하는 배터리 밸러싱 회로.3. The method of claim 2,
The control unit controls the switch unit to transfer the electric energy of the strong battery cell to the converter and accumulate it in the converter,
When the accumulation of electric energy in the coverter is completed, the controller controls the switch unit to transmit the accumulated electric energy of the converter to the battery pack. 제2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 스위치부를 제어하여 상기 배터리 팩의 전기에너지를 상기 컨버터부로 전달하여 상기 컨버터부에 축적시키고,
상기 컨버터부에 전기에너지 축적이 완료될 경우, 상기 제어부는 상기 스위치부를 제어하여 상기 컨버터의 전기에너지를 상기 위크 배터리셀로 전송하는 배터리 밸러싱 회로.3. The method of claim 2,
The control unit controls the switch unit to transfer the electrical energy of the battery pack to the converter unit and accumulates it in the converter unit,
When the accumulation of electrical energy in the converter unit is completed, the control unit controls the switch unit to transmit the electric energy of the converter to the weak battery cell. 제2항에 있어서,
상기 제어부는 상기 스위치부를 제어하여 상기 스트롱 배터리셀의 전기에너지를 상기 컨버터로 전달하여 상기 컨버터에 축적시키고,
상기 커버터에 전기에너지 축적이 완료될 경우, 상기 제어부는 상기 스위치부를 제어하여 컨버터의 전기에너지를 상기 위크 배터리셀로 전송하는 배터리 밸러싱 회로.3. The method of claim 2,
The control unit controls the switch unit to transfer the electric energy of the strong battery cell to the converter and accumulate it in the converter,
When the accumulation of electrical energy in the converter is completed, the control unit controls the switch unit to transmit the electrical energy of the converter to the weak battery cell. 제1항에 있어서,
상기 컨버터와 상기 배터리 팩을 연결하는 연결선을 포함하고,
상기 스위치부는
상기 복수의 배터리셀 각각의 일측 단자와 제1 노드에 연결되는 복수의 제1 스위치부; 및
상기 복수의 배터리셀 각각의 타측 단자와 제2 노드에 연결되는 복수의 제2 스위치부를 포함하고,
상기 제1 노드 및 상기 제2 노드는 상기 컨버터에 연결되는 배터리 밸러싱 회로.According to claim 1,
a connecting line connecting the converter and the battery pack;
the switch unit
a plurality of first switch units connected to one terminal and a first node of each of the plurality of battery cells; and
A plurality of second switch units connected to the other terminal and the second node of each of the plurality of battery cells,
wherein the first node and the second node are connected to the converter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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